KR100398948B1 - 플라스틱 필름의 염색방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 필름의 염색방법에 관한 것으로, 플라스틱 필름을 염료 용액에 침지하여 염색한 후, 세척 및 건조하는 염색 필름의 제조방법에 있어서, 권취된 상태의 플라스틱 필름 롤 전체를 염료용액에 완전히 침지시킨 상태에서 롤에 권취된 필름 전체가 목표하는 염색상태에 도달할 때 까지 필름롤을 1회 이상 언와인딩/와인딩하면서 플라스틱 필름의 겹 사이사이에 염료 용액중에 침지된 플라스틱 필름 롤의 권취상태에서 염료용액의 얇은층이 존재하도록 필름 롤의 언와인딩/와인딩 텐션을 조절하는 데에 그 특징이 있다.

이 방법에 의하면, 분산 염료용액 상에서 염색이 가능하므로 종래 기술과는 다르게 용제 및 용제회수 비용 등이 들지 않으며, 또한 염료용액의 가열온도가 낮고 생산성 면에 있어서도 종래에 4000m 필름 1롤을 염색하는데 200분이 소요되던 것에 비해 염색에만 1시간 그리고 세척과 건조에 20분이 소요되는 것이어서 매우 우수하다.

Description

플라스틱 필름의 염색방법

본 발명은 플라스틱 필름의 염색방법에 관한 것이다.

일반적으로 고분자 물질을 염색하기 위해서는 염료분자가 고분자 물질의 구조 내부로 충분히 확산,침투될 수 있도록 염색재료를 장시간 염료용액에 침지하여 가열해야 한다. 섬유의 염색에 있어서는 섬유원사 및 직물을 염료용액에 침지하여 가열하고 일정시간 후에 꺼내어 세탁함으로써 염색농도가 진하고 균일하며 내구성있는 색상이 얻어지고 있다. 이러한 섬유의 염색방법은 염료용액이 원사 또는 직물의 섬유 사이사이로 침투 가능하므로 염색에 무리가 없다.

그러나, 원료가 필름인 경우에는 섬유와 달리 제품이 광폭의 롤 상태로 다루어지고 필름의 면 사이사이는 강한 텐션으로 밀착되어 있기 때문에 필름 롤 전체에 걸쳐 염료용액이 침투되기 어렵고 필름이 구겨지면 품질에 치명적인 문제를 일으키므로 섬유직물처럼 염료베쓰에 구겨넣을 수도 없어서 염료용액에 침지하여 염색하는 방법은 효과적이지 못하다.

플라스틱 필름에 색상을 표현하는 방법으로는 압출시 폴리머에 염료를 혼합하는 방법과 인쇄기술을 이용하여 필름 표면에 염료를 코팅한 후 열처리하는 방법이 있다.

전자의 염료혼합 압출방법은 다품종 소량으로 필름을 생산하는데 적당하지 못하고, 후자의 인쇄코팅 방법은 색상이 필름의 한면에만 표현되고 또한 균일한 색상을 얻기 힘들다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 USP 5,162,046호 및 USP 5,338,318호에 플라스틱 필름을 섬유의 침지 염색과 유사한 방법으로 염색하는 기술이 소개된 바 있다. 상기 미국 특허에 개시된 발명들은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 균일하게 염색하는 공정에 관련된 것으로, 필름의 주행속도 때문에 염료 베쓰에 침지시간이 짧을 수 밖에 없는 문제를 해결하고 목표하는 염색농도를 달성하기 위하여 특별한 염료용액 조성 및 온도조건 등이 주어져 있다. 이를 살펴보면 다음과 같다.

PET 필름롤을 염료가 분산된 캐리어에 담겨진 염료베쓰(BATH)의 가열중에 일정속도로 언와인딩/와인딩하면서 그 중간에서 1겹 필름을 침지, 통과시켜 염색하는 방법이다. 이렇게 염료베쓰를 통과시킨 필름은 공기중에서 건조시키고, PET 필름, 캐리어, 염료에 적합한 용매가 들어있는 있는 베쓰(세척조)에서 세척한 다음, 염색된 필름의 잔존 캐리어와 세척용매를 제거하고 가열처리한다.

여기서 가장 중요한 것은 염료베쓰이며, 염료용액 조성에서 중요한 캐리어는 염료의 솔벤트로서 처리온도를 견딜 만큼 높은 비점을 가져야 한다. 또한 캐리어는 매우 짧은 침지시간에도 우수한 포화력과 균일성을 나타내는 것으로 트리아세틴(글리세롤 트리아세테이트)이 쓰였다. 이때 처리온도는 PET의 유리전이점 온도범위즉, 140∼180℃, 필름과 염료용액 접촉시간은 10∼60초인 것이 적당하다.

그러나, 이러한 방법 즉, 필름이 1겹으로 진행중에 염색이 되는 방법의 특징상 염료용액과 필름이 접촉하는 시간이 매우 짧기 때문에 짧은 시간에 염색을 완료할 수 있는 염료용액의 조성이 필요하고, 염색처리시 온도가 매우 높다. 또한 위의 염색조건에서 요구하는 최소한의 침지시간(10초∼60초)을 유지하기 위해서는 염료베쓰의 길이가 길거나 필름 진행속도가 제한을 받게되어 생산성이 현저히 떨어진다. 예를들어 길이 6000m인 필름 1롤을 염색할 때 염료용액에 60초 침지가 요구되는 조건에서 염색베쓰를 길이 20m인 것을 사용하면 작업속도가 20m/분인 경우 작업시간이 무려 300분이 걸리게 되어 생산성이 매우 낮다.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점인 특수 염료용액의 조성, 긴 염색베쓰의 및 지나치게 높은 처리온도 등이 필요치 않는 방법으로 일반 섬유염색에 사용되는 염색조건에서 필름을 염색할 수 있는 플라스틱 필름의 염색방법을 제공하는 데에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 플라스틱 필름의 염색방법은 플라스틱 필름 롤 전체를 염료용액에 침지시킨 상태로 염색이 완료될 때 까지 롤의 언와인딩/와인딩을 실시하여 필름 1겹의 표면을 염료용액에 접촉 가능케 한 데에 그 특징이 있다.

이와 같은 방법에 의하면 필름 1겹 표면과 염료용액의 접촉 시간이 짧아 충분한 염색이 이루어지지 않을 수도 있으나, 이는 필름 롤의 언와인딩/와인딩 텐션을 조절하여 권취된 필름 사이사이에 염료가 얇은 층을 이루고 존재할 수 있도록 하면 된다.

또한, 필름 롤의 표층부와 내부, 길이에 따른 염색농도를 균일화 하기 위해서는 필름 전체의 언와인딩/와인딩 횟수를 조절하므로서 해결될 수 있다.

본 발명에서는 필름을 염색함에 있어서 일반적으로 섬유염색에 사용되는 염색조건에서 필름 염색이 가능하도록 변경을 준 것으로, 예를들면 PET 섬유의 염색조건에서 PET 필름의 염색이 가능하도록 하였다.

PET 섬유의 염색은 일반적으로 분산염료가 용해된 물(용액)에 섬유를 침지하여 고온으로(약 130℃까지) 가열하거나, 캐리어 수용액을 사용하여 50∼60℃에 섬유를 처리하고 이어서 염료를 넣고 100℃까지 가열하여 염색한 후 세탁하므로서 이루어진다.

이때 염색농도가 약한 경우에는 분산염료만을 사용하여 100℃ 이하에서 염색할 수 있으며, 통상 염색 제품이 염료용액에 침지되는 시간은 1시간 정도 요구된다.

이러한 분산염료 수용액에서 필름을 염색하기 위해서는 종래 방법에서 처럼 필름 1겹을 진행하면 된다. 이때 위와 같은 조건의 분산염료 용액중에 염색하려는 PET 필름의 롤 전체를 침지시킨 상태로 염색이 목표 수준 완성될 때까지 약 1시간 유지하여야 한다. 또한 필름 롤이 염료 용액에 침지된 상태에서 전체 롤의 언와인딩/와인딩을 실시하여 필름 1겹의 표면이 염료용액에 접촉되도록 하여 권취된 필름롤 내부까지 염료용액이 침투되도록 하고, 언와인딩/와인딩시 필름 롤의 텐션 조절에 의해 필름에 접촉한 염료용액이 권취된 필름 사이사이에 얇은층으로 존재하도록 한다.

이와 같은 방법으로 필름 롤을 염료용액에 침지한 상태에서 일정회수 만큼 언와인딩/와인딩 하므로서 필름의 모든 면에는 염료용액의 얇은 층이 존재하여 침지중 계속하여 필름에 대한 염료의 확산이 이루어진다.

여기서 가장 중요한 것은 필름 롤의 언와인딩/와인딩시의 텐션 조절이다. 텐션이 너무 강하면 염료용액층이 필름 사이에서 밀려나고 너무 약하면 권취 폼이 형성되지 않는다. 따라서 텐션은 일반적인 필름 권취보다 약하게 조절하여야 한다. 예를들면 약 1∼12kg/m폭 으로 조절하는 것이 좋다.

또한 필름 롤을 일정회수 만큼 언와인딩/와인딩 반복하여 필름에 접촉하고 있는 염료용액을 계속 새롭게 바꿔주므로서 필름의 표층부와 내부, 길이에 따른 염색 농도가 균일해지게 되는 것이다. 따라서, 이와 같이 염료용액 층을 새롭게 바꿔줄 수 있도록 필름 롤의 언와인딩/와인딩을 많이 할수록 필름 롤의 표층부, 중간, 심층부 필름 사이에 염색농도의 편차가 없이 균일하게 염색된다. 이를 위해서는 필름의 권취 속도가 빠를수록, 사용하는 필름 롤의 길이가 짧을수록 유리하다.

이렇게 함으로써 본 발명의 PET 필름의 침지염색은 일반적인 PET 섬유의 염색용 분산 염료조건에서 가능하며, 보다 염색이 빨리 이루어지는 염료용액 조성에서는 그 염색속도를 더 빨리할 수 있어 생산성을 높일 수 있다.

위와 같은 본 발명의 염색공정은 전처리, 세척, 건조 등의 공정 등과 조합되어 사용된다. 염료베쓰에 들어가기 전에 전처리로서 필름이 염색되기 적합한 온도로 예열해 주는 온수베쓰 또는 염색을 촉진시키는 캐리어 분산용액이 담긴 베쓰에서 필름을 언와인딩/와인딩하는 공정을 거칠 수 있다.

그리고 염료베쓰에서 염색이 완료된 필름 롤은 바로 베쓰에서 꺼내어 세척액이 담긴 베쓰에서 언와인딩 하면서 세척한 다음 건조하여 와인딩한다.

실시예

DURANOL BLUC GN 분산염료를 물에 3중량% 첨가 분산하고 이 수용액을 100℃로 가열하면서 내부에 필름 롤의 언와인딩/와인딩 장치가 구비된 베쓰에서 12㎛ 두께의 PET 필름 4000m 1롤을 200m/분의 속도로 주행하여 언와인딩/와인딩을 3회 반복한다. 이때 와인딩 텐션은 5kg/m(폭)이다.

그렇게 1시간 동안 염료용액에 침지한 필름 롤을 염색 베쓰에서 제거한 후 200m/분의 속도로 언와인딩하면서 세척수가 가득한 세척 베쓰를 통과시키고 150℃로 열풍 건조한 후 와인딩한다.

비교예

DURANOL BLUE GN분산 염료를 캐리어인 글리세롤 트리아세테이드에 3중량% 첨가하고 이 용액을 150℃로 가열하면서 교반, 분산시켜 염료용액을 만들고 필터하여 불순물 및 잔류물을 제거한다. 이 염료용액을 길이 20m인 베쓰에 넣고 180℃로 가열유지한다. 12㎛ 두께의 PET 필름 400m 1롤을 20m/분의 속도로 언와인딩하고, 위의 염료베쓰를 통과시킨 후 무수에탄올로 채워진 세척 베쓰를 통과시켜 필름 표면의 염료용액을 제거한다.

이어서 170℃에서 15초동안 대류 열처리하여 플래슁 또는 메이퍼라이징 되는 잔류 리세롤 트리아세테이드를 필름으로부터 제거하여 포집하고 필름을 와인딩한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 분산 염료용액 상세서 염색이 가능하므로 종래 기술과는 다르게 용제 및 용제회수 비용 등이 들지 않으며, 염료용액의 가열온도가 낮은 장점이 있다. 또한, 생산성 면에서도 종래기술에서 염료용액 베쓰 길이가 20m일 때 주행속도는 20m/분 4000m 1롤을 염색하기 위해서는 200분이 소요되는데 비해 본 발명은 염색에만 1시간 그리고 세척과 건조에 20분이 소요되는 것이어서 매우 우수하다.

Claims (3)

1. 플라스틱 필름을 염료용액에 침지하여 염색한 후, 세척 및 건조하는 염색 필름의 제조방법에 있어서, 권취된 상태의 플라스틱 필름 롤 전체를 염료용액에 완전히 침지시킨 상태에서 롤에 권취된 필름 전체가 목표하는 염색상태에 도달할 때 까지 필름롤을 언와인딩/와인딩하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름의 염색방법.
2. 제 1 항에 있어서, 플라스틱 필름롤의 언와인딩/와인딩을 1회 이상 진행하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름의 염색방법.
3. 제 1 항에 있어서, 플라스틱 필름의 겹 사이사이에 염료 용액중에 침지된 플라스틱 필름 롤의 권취상태에서 염료용액의 얇은 층이 존재하도록 필름 롤의 언와인딩/와인딩 텐션을 조절하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름의 염색방법.